nanotubo de silicio

Los nanotubos de silicio son nanopartículas que forman una estructura tubular a partir de átomos de silicio . Al igual que los nanocables de silicio , son tecnológicamente importantes debido a sus propiedades físicas inusuales, que difieren fundamentalmente de las del silicio a granel. ^{[ 2 ]} Los primeros informes sobre nanotubos de silicio aparecieron alrededor del año 2000. ^{[ 3 ]}

Un método para preparar nanotubos de silicio consiste en utilizar un reactor que emplea un arco eléctrico sin el uso de ningún catalizador . ^{[ 4 ]} Para garantizar la pureza, el reactor se evacua y se llena con argón, un gas noble no reactivo . La formación real de los nanotubos se basa en el proceso de deposición química en fase vapor . ^{[ 5 ]}

Un método más común a escala de laboratorio implica el uso de nanocables de germanio , carbono u óxido de zinc como plantilla. El silicio, generalmente proveniente de gas silano o tetracloruro de silicio , se deposita sobre los nanocables y el núcleo se disuelve, dejando un tubo de silicio. ^{[ 6 ]} El crecimiento de los nanocables plantilla, la deposición de silicio y el grabado de los nanocables, y por consiguiente la geometría de los nanotubos de Si resultantes, se pueden controlar con precisión en el segundo método; sin embargo, el diámetro interno más pequeño está limitado a decenas de nanómetros. ^{[ 1 ]}

Los mecanismos convencionales de vapor-líquido-sólido ( VLS ) y sólido-líquido-sólido (SLS) son técnicas preferidas para el crecimiento de nanoestructuras de silicio unidimensionales. Sin embargo, suelen incorporar un solo tipo de metal como catalizador y, por lo tanto, no pueden utilizarse para el crecimiento de nanoestructuras de silicio tubulares (huecas). En un intento reciente, se ha utilizado una capa catalítica bicapa de níquel-oro para aprovechar la velocidad de crecimiento desigual de los catalizadores metálicos constituyentes. Mediante estas técnicas VLS y SLS modificadas, se han cultivado nanotubos de silicio de paredes múltiples con un espesor de pared lateral de pocos nanómetros. ^{[ 7 ]}

Debido a su conductividad balística , los nanotubos y nanocables de silicio se han considerado para su uso en electrónica, por ejemplo, en generadores termoeléctricos . ^{[ 8 ]} Dado que la estructura puede albergar moléculas de hidrógeno , por lo que podría asemejarse al carbón sin CO₂ , parece que los nanomateriales de silicio podrían comportarse como un combustible metálico. ^{[ 9 ] [ 10 ]} Un nanotubo de silicio cargado con hidrógeno suministra energía y, en el proceso, deja agua residual, etanol, silicio y arena. Sin embargo, dado que _la producción de hidrógeno requiere una cantidad considerable de energía, este es solo un método propuesto para almacenar energía, no para producirla.

Los nanotubos y nanocables de silicio pueden utilizarse en baterías de iones de litio . Las baterías de iones de litio convencionales utilizan carbono grafítico como ánodo, pero al sustituirlo experimentalmente por nanotubos de silicio se observa un aumento de 10 en la capacidad específica (en masa) del ánodo (aunque la mejora general de la capacidad es menor debido a las capacidades específicas del cátodo, que son mucho menores). ^{[ 11 ]}

Otra aplicación emergente de los nanotubos de silicio es la emisión de luz. Dado que el silicio es un semiconductor de banda prohibida indirecta , el rendimiento cuántico de la recombinación radiativa en este material es muy bajo. A medida que el espesor de las nanoestructuras basadas en silicio se reduce por debajo del radio de Bohr efectivo (aproximadamente 9  nm en el silicio), la eficiencia cuántica de la emisión de luz de este material aumenta debido al efecto de confinamiento cuántico. Basándose en este hecho, se ha demostrado la capacidad de fotoemisión de nanotubos de silicio con paredes laterales muy delgadas. ^{[ 7 ]}

• Transferencia de Ciencias de Lyon – Universidad de Lyon, Francia
• Películas delgadas de nanopartículas de silicio se enrollan formando nanotubos flexibles, Universidad de Illinois